一种可调节位移的垫块装置及其应用方法与流程

1.本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种可调节位移的垫块装置及其应用方法。


背景技术：

2.随着我国现代交通的迅速发展，大跨连续梁桥大量出现。由于地质条件、基础条件、邻近施工等因素，导致桥梁支座长期或短期不均匀沉降问题日益突出。连续梁桥为超静定结构，对不均匀沉降敏感，不均匀沉降会引起桥梁内力重分布，使得全桥处于不利受力状态。
3.桥梁支座是连接上部结构和下部结构的重要部件，解决支座差异沉降带来的安全隐患是当前急需解决的问题。目前，解决该问题的通常手段是顶升桥梁，更换支座。运营阶段大跨连续梁桥姿态调整施工，通常需要搭设大临设施以提供足够作业面，再对梁体顶升以更换支座，费时费力。
4.一般而言，桥墩上的支座垫石高度固定，对调整梁体高程的限制较大。
5.斜拉桥依据梁、索、塔、墩的不同结合，形成不同结构体系。塔墩固结、塔梁分离构成飘浮体系，塔墩固结、塔梁分离、塔墩处主梁下设支座构成半飘浮体系。两种体系各有优劣，漂浮体系塔柱处无负弯矩峰值；由温度、混凝土收缩徐变、引起的次内力较小；全桥主梁受力均匀，且抗震性能好。半飘浮体系优势在于，塔墩处支座限制主梁纵向位移有利，且施工相较飘浮体系方便。半飘浮体系若支承可调位移，则在一定条件下经济性上优于漂浮体系。
6.斜拉桥或悬索桥等大跨度桥梁，采用半飘浮体系时，对于主塔处竖向支座的支撑刚度和支撑反力控制有较高要求。
7.大跨度斜拉桥、悬索桥在其梁端及主梁与塔连接处设置横向支撑，以承受横向水平力(抗风)。目前横向支撑一般采用板式橡胶支座，本质上属于“被动受力”。大跨度斜拉桥、悬索桥，桥塔处设置的横向抗风限位支座，其安装、调试及维修更换均非常困难。
8.基于此，本发明提供一种可调节位移的垫块装置及其应用方法，可调节支座高度，进而调整桥梁内力分布，使桥梁处于有利的受力状态。采用本装置可以方便的在桥梁全生命周期调整支座高程，同时节省大量的临建设施投入，省时省力。


技术实现要素：

9.本发明针对现有技术中的不足，提供一种可调节位移的垫块装置及其应用方法。
10.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
11.一种可调节位移的垫块装置，包括可调位移垫块、楔块、滑槽盆、限位块、竖向限位杆和横向张拉器；所述楔块设置两组，安装在滑槽盆内，与滑槽盆滑动连接；所述楔块的一侧为斜面，两组楔块的斜面相对；所述可调位移垫块包括水平顶板，水平顶板下方设置有梯形凸块，所述梯形凸块的两侧呈两个斜面，梯形凸块位于两组楔块之间，梯形凸块的两个斜
面分别与两组楔块的斜面斜度一致，梯形凸块的斜面与楔块的斜面可紧密贴合；所述限位块设置两组，安装在可调位移垫块与滑槽盆之间，两组限位块分别位于两个楔块外侧；所述可调位移垫块上设置有若干个通孔，所述限位块、滑槽盆上均设置与通孔位置对应的通孔，所述竖向限位杆贯穿可调位移垫块、限位块和滑槽盆，进而限制可调位移垫块的水平移动，确保可调位移垫块仅发生数值方向的位移；所述限位块中央设置有通槽，所述横向张拉器穿过通槽与楔块连接；向横向张拉器施加水平方向的力，带动楔块在滑槽盆内滑动，进而调整两组楔块之间的距离，可调位移垫块的斜面与楔块的斜面发生相对滑动，进而使可调位移垫块上升或者下降，从而实现调节垫块高程的作用。
12.进一步的，本装置还设置有楔块定位装置，所述楔块定位装置分别设置在两组限位块上，楔块定位装置包括两组高强螺栓；所述限位块上开设两个螺栓孔，两个螺栓孔设置在通槽两侧；所述高强螺栓可转动安装在螺栓孔内；当楔块达到指定位置时，通过旋拧高强螺栓，使高强螺栓压紧楔块，达到定位的效果。
13.进一步的，本装置还设置有挡板，所述挡板设置在可调位移垫块两侧，所述挡板上端与可调位移垫块上表面可拆卸连接，下端与滑槽盆贴合；所述挡板为不锈钢板件。
14.进一步的，所述可调位移垫块中的水平顶板为呈矩形的实心不锈钢块件，所述通孔设置数量为四个，分别设置在水平顶板的四个端角处。
15.进一步的，所述滑槽盆为矩形盆式部件，四周设置有凸缘；所述楔块的底部设置有与凸缘相互适配的槽口，所述楔块通过槽口和凸缘嵌入滑槽盆内部，并可相对与滑槽盆滑动。
16.进一步的，所述楔块的斜面表面设置有楔块上面板，楔块与滑槽盆接触的下表面设置有楔块下面板；所述楔块上面板和楔块下面板采用工程塑料合金mgb板，具有摩擦系数小、承载能力大、抗老化能力强、自身润滑、免维护等特点。
17.进一步的，所述竖向限位杆为粗制螺栓，所述横向张拉器为冷铸墩头锚拉索系统。
18.进一步的，所述述楔块的中心处设置有通孔，可供横向张拉器穿过，进而通过张拉横向张拉器实现对楔块的顶推。
19.进一步的，所述可调位移垫块上表面安装有顶面支座。
20.进一步的，以上所述的可调节位移的垫块装置，其应用方法为：将滑槽盆焊接在桥墩的钢筋上与桥墩骨架形成整体，施工时保证滑槽盆底部标高安装准确；滑槽盆中杂物清理后，将楔块吊装至滑槽盆内，对楔块进行顶进，验证其是否能在滑槽盆内进行平滑移动；在测试完成后，安装可调位移垫块、限位块、竖向限位杆，调整楔块至设计位置，从而使可调位移垫块达到设计标高，最终通过高强螺栓顶紧楔块，进行构件就位检查。
21.本发明的有益效果是：
22.(1)本发明与常规垫块、垫石的区别在于，通过设置可调位移垫块、楔块、滑槽盆、限位块等可调块件，在上部结构有姿态出现沉降有调整需求时，通过控制楔块在滑槽盆内位置，实现可调位移垫块的升降，进而实现上部结构姿态调整，进而调整桥梁内力分布，使桥梁处于有利的受力状态。采用本装置可以方便的在桥梁全生命周期调整支座高程，同时节省大量的临建设施投入，省时省力；
23.(2)本发明设置竖向限位杆和楔块定位器，实现块件间连接以及楔块的定位，以防止竖向移动块件间的相对错动，提高安装精确度；
24.(3)为了减小楔块滑动时与可调位移垫块、滑槽盆之间的摩阻力且兼具滑面的耐久性，采用塑料合金mgb板作为滑动面材料，具有摩擦系数小、承载能力大、抗老化能力强、自身润滑、免维护等特点。
附图说明
25.图1是本发明的三维立体结构示意图；
26.图2是本发明的侧视图；
27.图3是本发明的正视图；
28.图4是本发明的俯视图；
29.图5是本发明的1
‑
1、2
‑
2断面图；
30.图6是本发明楔块的结构示意图；
31.图7是本发明的限位块及其附属件楔块定位器、通槽的结构示意图；
32.图8是本发明的各部件安装顺序示意图；
33.图9是本发明装置就位时受力示意图；
34.图10是本发明装置顶升时受力示意图；
35.附图中的标记为：
36.1、可调位移垫块；2、楔块；2
‑
1、楔块上面板；2
‑
2、楔块下面板；3、滑槽盆；4、限位块；4
‑
1、竖向限位杆；4
‑
2、横向张拉器；4
‑
3、通槽；4
‑
4、高强螺栓；5、挡板；6、顶面支座、；7、通孔。
具体实施方式
37.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.参照图1～8，本发明提供一种可调节位移的垫块装置，包括可调位移垫块1、楔块2、滑槽盆3、限位块4、竖向限位杆4
‑
1和横向张拉器4
‑
2，所述可调位移垫块1上表面安装有顶面支座6；所述楔块2设置两组，安装在滑槽盆3内，与滑槽盆3滑动连接；所述楔块2的一侧为斜面，两组楔块2的斜面相对；所述可调位移垫块1包括水平顶板，水平顶板下方设置有梯形凸块，所述梯形凸块的两侧呈两个斜面，梯形凸块位于两组楔块2之间，梯形凸块的两个斜面分别与两组楔块2的斜面斜度一致，梯形凸块的斜面与楔块2的斜面可紧密贴合；所述限位块4设置两组，安装在可调位移垫块1与滑槽盆3之间，两组限位块4分别位于两个楔块2外侧；所述可调位移垫块1上设置有若干个通孔7，所述限位块4、滑槽盆3上均设置与通孔7位置对应的通孔，所述竖向限位杆4
‑
1贯穿可调位移垫块1、限位块4和滑槽盆3，进而限制可调位移垫块1的水平移动，确保可调位移垫块1仅发生竖直方向的位移，竖向限位杆4
‑
1嵌入滑槽盆3的具体深度根据实际设计进行调整；所述限位块4中央设置有通槽4
‑
3，所述横向张拉器4
‑
2穿过通槽4
‑
3与楔块2连接；向横向张拉器4
‑
2施加水平方向的力，带动楔块2在滑槽盆3内滑动，进而调整两组楔块2之间的距离，可调位移垫块1的斜面与楔块2的斜面发生相对滑动，进而使可调位移垫块1上升或者下降，从而实现调节垫块高程的作用。
39.本发明中，还设置有楔块定位装置和挡板5，所述楔块定位装置分别设置在两组限位块4上，楔块定位装置包括两组高强螺栓4
‑
4；所述限位块4上开设两个螺栓孔，两个螺栓孔设置在通槽4
‑
3两侧；所述高强螺栓4
‑
4可转动安装在螺栓孔内；当楔块2达到指定位置时，通过旋拧高强螺栓4
‑
4，使高强螺栓4
‑
4压紧楔块2，达到定位的效果；所述挡板5设置在可调位移垫块1两侧，所述挡板5上端与可调位移垫块1上表面可拆卸连接，下端与滑槽盆3贴合；所述挡板5为不锈钢板件。
40.本发明中，所述可调位移垫块1中的水平顶板为呈矩形的实心不锈钢块件，所述通孔7设置数量为四个，分别设置在水平顶板的四个端角处。
41.本发明中，所述滑槽盆3为矩形盆式部件，四周设置有凸缘；所述楔块2的底部设置有与凸缘相互适配的槽口，所述楔块2通过槽口和凸缘嵌入滑槽盆3内部，并可相对与滑槽盆3滑动。所述楔块2的斜面表面设置有楔块上面板2
‑
1，楔块2与滑槽盆3接触的下表面设置有楔块下面板2
‑
2；所述楔块上面板2
‑
1和楔块下面板2
‑
2采用工程塑料合金mgb板，具有摩擦系数小、承载能力大、抗老化能力强、自身润滑、免维护等特点；所述述楔块2的中心处设置有通孔，可供横向张拉器4
‑
2穿过，进而通过张拉横向张拉器4
‑
2实现对楔块2的顶推。
42.本发明中，所述竖向限位杆4
‑
1为粗制螺栓，所述横向张拉器4
‑
2为冷铸墩头锚拉索系统。本发明其他实施例中，横向张拉器4
‑
2也可依据所承担荷载，选用精轧螺纹钢筋、高强螺栓、钢绞线或高强钢丝及其配套张拉设备，也可以根据顶升力的大小需求，在楔块2上开多孔并配置多组横向张拉器4
‑
2。
43.通过控制横向张拉器的张拉力，可以方便的控制顶升力，计算方式如下：
44.1、装置就位时，横向张拉器所承担的荷载计算方法：
[0045][0046]
f
h
＝f sin(α)
[0047]
h＝εf
h
[0048]
参照图9，其中，n为可调位移垫块1承担荷载，f是作用在楔块2斜面上楔块上面板2
‑
1承担压力，ε是横向张拉器轴力修正系数，h是横向张拉器所承担的轴力。
[0049]
2、装置顶升时，横向张拉器所承担的荷载计算方法：
[0050]
f
μ1
＝β1fμ1[0051]
f
μ2
＝β2f cos(α)μ2[0052]
h＝ε(f sin(α)+f
μ1 cos(α)+f
μ2
)
[0053]
参照图10，其中，μ1、μ2分别指楔块上面板2
‑
1、楔块下面板2
‑
2与接触块件的摩擦系数，β1、β2分别指摩擦力修正系数。
[0054]
在对梁体进行姿态调整时，可通过上述关系，施工同时进行垂直顶升力控制、位移控制。对梁体姿态调整后的支反力，根据上述关系，读取张拉设备数值即可推导出。
[0055]
本发明装置可调节位移的垫块装置的应用方法为：将滑槽盆3焊接在桥墩的钢筋上与桥墩骨架形成整体，施工时保证滑槽盆3底部标高安装准确；滑槽盆3中杂物清理后，将楔块2吊装至滑槽盆3内，对楔块2进行顶进，验证其是否能在滑槽盆3内进行平滑移动；在测试完成后，安装可调位移垫块1、限位块4、竖向限位杆4
‑
1，调整楔块2至设计位置，从而使可调位移垫块1达到设计标高，最终通过高强螺栓4
‑
4顶紧楔块2，进行构件就位检查。
[0056]
本发明可调节支座高度，进而调整桥梁内力分布，使桥梁处于有利的受力状态。采用本装置可以方便的在桥梁全生命周期调整支座高程，同时节省大量的临建设施投入，省时省力。桥梁设计时预估的长期沉降值过大，会使得桥梁整体造价增加，本发明通过实现对桥梁姿态调整，增加了设计考虑差异沉降对结构影响的冗余度，进而为降低成本提供空间。半漂浮体系的斜拉桥、悬索桥，可根据设计需要布置本发明，自由调整竖向支座支承反力和支撑刚度，从而达到优化半飘浮体系结构内力目的。本发明用于横向限位支座处，可通过主动调整垫块厚度，使梁体内力分布处于有利状态。本发明用于横向限位支座处，可方便的进行该类型限位支座的安装、调试和维修更换。
[0057]
实施例一：
[0058]
本发明的具体安装顺序见图8。使用时，首先将滑槽盆3与桥墩墩顶钢筋焊接，然后将楔块2吊装入滑槽盆3中，并确保楔块下面板2
‑
2与滑槽盆3之间紧密贴合无缝隙；再将可调位移垫块1吊装入内，然后安装限位块4，并插入竖向限位杆4
‑
1至嵌入深度，横向插入楔块定位器4
‑
4；此时对楔块2两侧同时张拉横向张拉器4
‑
2，施加水平顶力至可调位移垫块1达到预定高程后，顶死楔块定位器4
‑
4并检查相关部件位置，最后拧紧螺栓。
[0059]
实施例二：
[0060]
本发明可配合斜拉桥和悬索桥的横向支座共同使用。首先在索塔中预埋板件及必要的三角撑。重复实施例一步骤，在后场将横向支座与本发明装置装配完毕，并锁紧所有螺栓。其次，吊装组装好的本装置于横向支座，并将滑槽盆3与索塔中预埋板件、支撑牢靠连接。主梁架设结束后，松紧竖向限位杆4
‑
1螺栓，并张拉横向张拉器4
‑
2至横向支座与主梁紧密接触，完成支座相关连接件安装，最终锁紧全部限位装置。当主梁横向受力需要调整时，可通过张拉横向张拉器4
‑
2，调整横向支座位置，对梁体施加横向力，使主梁处于有利受力状态。
[0061]
实施例三：
[0062]
基于实施例二的工程背景。当横向支座需要更换时，通过主梁两侧的本发明装置，灵活调整主梁与索塔间距，对需要更换的支座进行卸荷，最终完成横向支座更换。
[0063]
实施例四：
[0064]
本发明安装于半飘浮体系斜拉桥或悬索桥，塔墩处主梁支座位置，安装方式重复实施例一。成桥时通过调整可调位移垫块1高程，进而控制全桥结构体系介于漂浮体系与半飘浮体系之间，使主梁受力状态得到改善。例如，当塔墩处主梁负弯矩峰值增大使主梁受力不利时，可降低可调位移垫块1高程，使结构偏向于飘浮体系状态。
[0065]
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0066]
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。